Квантовая теория света Фотон

Квантовая теория света. Фотон [c.62]

Квантовая теория света оперировала понятием светового кванта, который обладает свойства ми частицы. Эта частица получила название фотона. Квантовой теории были чужды понятия волны и колебаний. Она успешно- объясняла возникновение и поглощение света, но не могла объяснить явлений, связанных с прохождением света через вещества. Такое положение сложилось в физике к двадцатым годам текущего века. [c.44]

Из квантовой теории света следует, что фотон неспособен дробиться он взаимодействует как целое с электроном металла, выбивая его из пластинки как целое он взаимодействует и со светочувствительным веществом фотографической пленки, вызывая ее потемнение в определенной точке, и т. д. В этом смысле фотон ведет себя подобно частице, т. е. проявляет корпускулярные свойства. Однако фотон обладает и волновыми свойствами это проявляется в волновом характере распространения света, в способности фотона к интерференции и дифракции. Фотон отличается от частицы в классическом понимании этого термина тем, что его точное положение в пространстве, как и точное положение любой волны, не может быть указано. Но он отличается и от классической волны — неспособностью делиться на части. Объединяя в себе корпускулярные и волновые свойства, фотон на является, строго говоря, ни частицей, ни волной, — ему присуща корпускулярно-волновая двойственность. [c.66]

Из квантовой теории света следует что фотон неспособен дробиться он взаимодействует как целое с электроном металла, выбивая его из пластинки как целое он взаимодействует и со [c.63]

Квантовая теория света была построена на основе понятия светового кванта, который обладает свойствами частицы. Эта частица называется фотоном. Квантовой теории были чужды понятия волны и частоты. Эта теория успешно объясняла многие явления, связанные с излучением и с поглощением света, но она не могла объяснить явлений, связанных с прохождением света через вещества. [c.46]

Согласно квантовой теории света, каждый монохроматический световой луч с длиной волны X и частотой колебаний V представляет собой поток фотонов — отдельных порций энергии, величина которых Е определяется произведением [c.24]

По квантовой теории свет—это поток быстро движущихся. мелких частиц (фотонов). Таким образом, теория света опирается на его волновые и квантовые свойства. Излучение характеризуется длиной волны Х, частотой /. [c.33]

Современные научные представления о фотохимических реакциях, входящих в процесс фотосинтеза, основываются на квантовой теории света. Согласно этой теории, каждая молекула вещества при фотохимических реакциях, т. е. при превращении вещества под влиянием света, поглощает частицу его — фотон, или квант, который имеет достаточный запас энергии для того, чтобы вызвать в молекуле соответствующие изменения. Основное действие света определяется энергией как отдельных фотонов, так и световых потоков. [c.178]

Для объяснения законов распределения энергии в спектрах нагретых твердых тел Планком в 1900 г. была развита квантовая теория. Планк допускал, что энергия излучается атомами не непрерывно, а порциями — квантами (фотонами). Энергия кванта пропорциональна частоте излучаемого света [c.59]

Прежде чем перейти к дальнейшему обсуждению принципа неопределенности, следует познакомиться с другим подходом к квантовой теории. Фотоэлектрический эффект показал, что излучение имеет двойственную природу, проявляя себя — в соответствующих ситуациях — либо как частицы, либо как волновое движение. В 1924 г. де Бройль предположил, что такой же двойственной природой обладает и материя, а именно что материальные частицы могут при некоторых обстоятельствах вести себя, как волны. Энергия фотона излучения с частотой V была принята равной Если бы фотон имел массу тик нему была бы применима теория относительности, то его энергия была бы равна тс , где с — скорость света. Это означает, что для фотона [c.19]

Такого плана я пытался придерживаться при подготовке второго издания Общей химии . Мною введены две новые главы, посвященные атомной физике (гл. П1 и Vni). В этих главах довольно подробно рассмотрены вопросы, связанные с открытием рентгеновских лучей, радиоактивности, электронов и атомных ядер, описана природа и свойства электронов и ядер, изложена квантовая теория, фотоэлектрический эффект и фотоны, теория атома по Бору, отмечены некоторые изменения наших представлений об атоме, внесенные квантовой механикой, рассмотрены другие вопросы учения о строении атома. Все это позволит студенту первого курса вычислить энергию фотона света данной длины волны и предсказать, приведет ли поглощение света данной длины волны к расщеплению молекулы на атомы. Некоторые разделы элементарной физической химии в книге изложены подробнее, чем это было сделано в первом издании. Введена отдельная глава, посвященная биохимии. Значительной переработке подверглось изложение химии металлов. Рассмотрение вопросов, относящихся к химии металлов, начинается теперь с главы, в которой показаны характерные особенности металлов и сплавов и описаны методы добычи и очистки металлов. Затем следуют три главы, посвященные химии переходных металлов в первой главе рассмотрены скандий, титан, ванадий, хром, марганец и родственные им металлы во второй — железо, кобальт, никель, платиновые металлы в третьей — медь, цинк, галлий, германий и ближайшие к ним по свойствам металлы. В той или иной мере пересмотрено и большинство других глав. [c.10]

Десятилетний период, начавшийся в 1895 г., был периодом великих открытий. Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г., радиоактивность — в 1896 г. ив том же году были выделены новые радиоактивные элементы полоний и радий квантовая теория была разработана в 1900 г., а квант света (фотон) был открыт Эйнштейном в 1905 г., т.е. в том же году, в котором Эйнштейн разработал теорию относительности. [c.57]

Рассмотрим условия, при которых свет ведет себя как волна. В типичном диффракционном опыте свет из точечного или линейного источника проходит через систему щелей, после чего диффракционная картина регистрируется на фотографической пластинке. В настоящее время экспериментально найдено, что образование скрытого изображения на фотографической пластинке так же, как и фотоэлектрический эффект, является квантовым процессом. Таким образом, с точки зрения фотонной теории света этот опыт можно рассматривать как переход потока фотонов от источника к пластинке. Если бы возможно было произвести опыт с единственным фотоном, мы не могли бы получить полной диффракционной картины самое большее, одно зерно эмульсии на пластинке получило бы способность проявиться. Опыт с большим числом фотонов можно рассматривать как повторенный многократно опыт с единственным фотоном. Поэтому диффракционная картина является выражением вероятности того, что фотон, испускаемый из источника, ударится об определенное место пластинки. Волны сами по себе не наблюдаются ни в этом, ни в каких-либо других оптических опытах фактическое наблюдение света всегда квантовано, обнаруживаем ли мы свет фотографической пластинкой, фотоэлементом или человеческим глазом. [c.15]

Световые кванты, или фотоны. Согласно квантовой теории Эйнштейна лучистая энергия является потоком световых квантов, или фотонов. Цвет луча определяется величиной энергии Нч фотонов, а яркость — их числом. Скорость фотонов в пустоте равна скорости света [c.708]

Квантовая теория полагает, что лучистая энергия испускается и поглощается не непрерывно, а дискретно, отдельными порциями — квантами света (фотонами), энергия которых пропорциональна частоте колебаний. [c.6]

В эффекте Комптона мы уходим наглядное доказательство реальности фотонов и справедливости теории света Эйнштейна. Открытие его было одним из важных этапов в развитии квантовой теории. [c.61]

Учитывая эти новые открытия, Планк и Эйнштейн создали квантовую теорию излучения, согласно которой свет — поток своеобразных корпускул (фотонов). По существу эти ученые предложили отказаться от метафизического представления о непрерывности явлений природы, в том числе и энергетических процессов. Ста- [c.156]

Фотон можно рассматривать и как волну, и как частицу. При излучении макротел условия таковы, что на первый план выступают свойства частиц (прямолинейность распространения света, законы отражения и преломления и пр.). В этих случаях удобнее пользоваться простыми закономерностями, вытекающими из корпускулярной теории Ньютона о природе света. При изучении же микромира, т. е. элементарных частиц, обладающих малой массой и достаточно большой скоростью, проявляются и преобладают их волновые свойства (дифракция света, интерференция и т.д.). Но некоторые явления, например фотоэффект, невозможно строго и просто объяснить ни корпускулярной, ни волновой природой света. В то же время это явление легко объясняется квантовой теорией о природе света. Эта теория не противопоставляет волне движущуюся частицу (элементарную), а рассматривает их как два способа описания одного и того же процесса. [c.10]

Квантовая теория вынужденного комбинационного рассеяния. Элементарная теория явления ВКР непосредственно следует из квантовомеханической формулы (5.53) для вероятности перехода, приводящего к рассеянию светового кванта со смещенной частотой. Согласно этой формуле, вероятность комбинационного рассеяния слагается из двух членов члена, пропорционального числу п имеющихся фотонов возбуждающего света с частотой со, и члена, пропорционального произведению пп, где п — число фотонов рассеянного излучения с частотой со, распространяющихся в направлении падающего света [c.495]

Согласно квантовой теории, энергия фотона — кван-Персходя иа более та света с частотой v — равна ftv, где h — постоян-ни.зкую орбиту, ная Планка (6,626-10 Дж-с). Чтобы электрон .чектрон испускает мог перейти с орбиты с энергией Е на другую орбиту квапг свет.) с энергией В-2, поглощаемый свет должен иметь частоту, определяемую уравнением Планка [c.37]

В классической физике принималось, что поток энергии является непрерывным. Однако М. Планк (1900) в результате изучения электромагнитного поля показал, что излучение (видимый свет, рентгеновское, у-излучение и др.) испускается, распространяется и поглощается не непрерывно, а определенными порциями . Порция лучистой энергии получила название квант (лат. quantum, читается квантум — количество). А. Эйнштейн (1905) разработал квантовую теорию света, согласно которой свет представляет собой поток световых квантов — фотонов. Так было доказано, что электромагнитное поле имеет дискретное строение. Энергия его передается квантами. Подобно этому электрон можно рассматривать как квант электрической энергии. Так возник новый раздел теоретической физики — квантовая механика. Основной ее задачей является изучение законов движения и взаимодействия микрочастиц. Вся энергетика в этой области целиком основана на квантовых представлениях. [c.31]

Дуализм волн и корпускул. Рассматривая разные опти ческие явления, легко видеть, что в некоторых из них свет веде себя как поток материальных частиц (фотонов), а в других — как. волны. К первым относится большинство явлений, связанных с испусканием и поглощением света материальными телами. Они хорошо объясняются квантовой, т. е. корпускулярной теорией света, то время как волновая теория не только не объясняет их, яс даже им противоречит. Яркими примерами могут служить рассмотренные выше фотоэлектрический эффект и эффект Комптона, где фотоны ведут себя примерно так, как материальные тела с определенной массой и кинетической энергией, летящие по определенным направлениям. В противоположность этому большинстз. -явлений, связанных с распространением света (диффракция, и -терференция, поляризация и пр.), хорошо объясняются волново теорией света, ко находятся в полном противоречии с корпускулярной. Квантовая теория света внесла, таким образом, в физические представления непривычный дуализм — мы принуждены приписывать свету двойственные свойства волн и корпускул. [c.41]

Фотон — частица, движущаяся со скоростью света — предельно возможной в природе скоростью. Это обстоятельство определяет и особые свойства фотона, рассматриваемые в релятивистской квантовой теории. Из соотношения неопределенностей для импульса и координаты ЛхЛр>/1 можно получить выражение (Ах = Аи 1), связывающее скорость частицы до измерения и после него (и]—v)=Av с непроделенностью ее импульса Др. Отсюда следует, что точное измерение импульса за короткий промежуток времени возможно лишь при условии, что в результате измерения скорость частицы сильно изменится. Если разность Аи растет, то точность измерений А1 и Др соответственно возрастает. Но разность Аи не может быть больше с (движение в одном [c.74]

При рассмотрении вопроса об отражении рентгеновских лучей от поверхности кристаллов (стр. 26) предполагалось, что длины волн отраженных лучей совпадают с исходными. Однако Комитон [32], изучая рассеяние рентгеновских лучей твердыми телами, нашел, что в отраженном луче появляется излучение с длинами воли, большими чем в падающем пучке. Это явление, необъяснимое с точки зрения волновой теории света, было вскоре объяснено самим Комптоном с помощью квантовой теории. Поскольку энергия кванта рентгеновского излучения (/гv) очень велика по сравнению с энергией связи электрона в рассеивающем твердом теле, эффект Комптона обычно рассматривается как явление соударения падающих фотонов и свободных электронов. Электрон, рассеивающий рентгеновское излучение, получает энергию отдачи , достаточную для его вылета из твердого тела. [c.126]

В 1910 г. А. Ф. Иоффе вернулся к развитию фотонной теории света, но уже не в элементарном, а в статистическом ее аспекте, впервые показав, что тепловое излучение можно трактовать как фотонный газ, и сформулировав из этого представления законы Стефана—Больцмана и Вина. При этом он нашел, что формула Планка может быть получена исходя из представления о существовании наряду с одиночными фотонами, наличие которых в черной полости постулировал Эйнштейн в своей работе 1905 г., ассоциированных фотонов, или фотонных молекул . Дальнейшее совершенствование этих идей П. С. Эренфестом, с одной стороны, и Ю. А. Крутковым — с другой, привело к разработке теории адиабатических инвариантов, сыгравшей важную роль в развитии квантовой механики. [c.13]

Если луч света падает на поверхность, перпендикулярную его направлению, то интенсивность этого луча может быть определена как число фотонов, проходящих через единичную площадь йхйу этой поверхности в 1 с. Так как скорость фотона постоянна, за определенное время он пройдет расстояние йг и, таким образом, распространится в элементарном объеме йхс1у(12. Интенсивность, определяемая как число фотонов, проходящих через единицу площади, пропорциональна фотонной плотности, или числу фотонов в элементарном объеме. В соответствии с квантовой теорией интенсивность / светового луча пропорциональна квадрату амплитуды электрического вектора Е [c.42]

В соответствии с представлениями квантовой теории при взаимодействии излучения и вещества (например, при поглощении или испускании света) передача энергии происходит не непрерывно во времени, а прерывисто, отдельными целыми порциями-квантами лучистой энергии (их называют также световыми квантами и фотонами). Величина этих квантов пропорциональна частоте света у секг и равна /г-у, где к — универсальная постоянная Планка. Энергия световых квантов крайне мала (например, обычная электрическая лампочка излучает примерно 10 квантов в секунду), поэтому человеческий глаз не в состоянии ощутить мелькание отдельных квантов и воспринимает свет как непрерывное явление [38, 57]. ( Ощутимость глазом квантовой природы света возможна лишь при наблюдении в специальных условиях крайне слабых световых потоков, лежащих у порога зрительного восприятия [9]). Таким образом, волновые свойства света представляют собой статистическое явление, возникающее в результате суммированного воздействия громадного числа ничтожно малых световых квантов. [c.8]

Второе направление возникло в результате все более накоплявшихся противоречий между выводами классической физики и опытным изучением процессов, связанных с атомами и молекулами. Эти противоречия привели сначала к изменению привычных представлений о способах поглощения и отдачи энергии материальными телами ( 23), затем к новой фотонной теории света ( 24) и к созданию теории квантов, давшей физике и химии результаты огромной важности. Эта теория, разработанная План-ком (1900), Эйнштейном (1905) и Бором (1913), была лишь первым шагом к устранению упомянутых противоречий между классической физикой и опытом. Дальнейшее ее развитие привело к глубокому и радикальному пересмотру основных представлений классической физики и к созданию квантовой механики (Д е Бройль, 1924 Гейзенберг, 1925 Шредингер, 1926) с ее разнообразными применениями. Квантовая механика включает в себя теорию квантов, обобщает ее и разъясняет ее смысл. Это не дополнение к классической физике, а прежде всего изменение ряда ее основных положений. Поэтому бесполезно было бы. пытаться ее объяснять старыми физическими представлениями или сводить к ним. Наоборот, классическая физика есть предельный случай квантовой физики, справедливый для тел, размеры и массы которых значительно больше атомных. До тех пор пока экспериментаторы имели дело с телами таких размеров, классическая физика была достаточной. Открытия конца XIX и начала XX вв. позволили подойти к опытному изучению процессов, связанных с атомами, молекулами и электронами, и тогда обнаружилась необходимость замены классических представлений более празильными, что постепенно привело к созданию квантовой механики. [c.33]

Перечисленные особенности фотоэлектрического эффекта плохо вяжутся с электромагнитной теорией света, но находят себе простое объяснение в квантовой теории. По первой из этих теорий можно было бы ожидать, что скорость фотоэлектронов будет расти с яркостью освещения, увеличение которой увеличивает приток энергии от нее же должен бы зависеть порог фотоэффекта, а связь скорости электронов с частотой трудно объяснима. Все эти затрудне шя устраняются квантовой теорией. Фотон, попада 5 в атом, сообщает ему энергию, достаточную для вырывания фотоэлектрона, если энергия Av не меньше работы вырывания. Избыточная энергия фотона тратится на кинетическую энергию выле-, тающего электрона. Чем больше частота, тем эта энергия выше и тем больше скорость фотоэлектрона. Чем больше яркость освещения, тем большее число электронов отщепляется фотонами и тем большее количество их вырывается. Отсюда — пропорциональность между яркостью освещения и интенсивностью фотоэффекта. Вели- чина же энергии фотонов не влияет на последнюю, так как каждый фотон вырывает из атома лишь один электрон. [c.37]

В 1905 г. Эйнштейн высказал предположение о том, что идея о квантовании должна быть применена не только к процессам лучеиспускания и лучепоглощения, но и к излучению как таковому. Это значит, что электромагнитное излучение состоит из частиц, называемых сейчас фотонами, имеющих энергию hv и распространяющихся в пространстве со скоростью света. Такое радикальное изменение во взглядах, которое было предложено вначале Планком, а потом Эйнштейном, не могло быть принято без основательного экспериментального доказательства, подтверждающего эти новые идеи. Экспериментальное доказательство было получено, и тогда квантовую теорию стало невозможно опровергнуть. Удовлетворительное объяснение Эйнштейном фотоэлектрического эффекта было одним из триумфов квантовой теории Еще в 1887 г. Герц нашел, что если ультрафиолетовые лучи сфокусировать на металлическую поверхность, то она заряжается положительно. Это, конечно, означает, что отрицательный заряд каким-то образом удаляется. Затем вскоре после открытия электрона было показано, что этот заряд уносится электронами. [c.21]

Учитывая эти новые открытия, Планк и Эйнштейн со.здали квантовую теорию излучения, согласно которой свет — поток своеобразных корпускул (фотонов). По существу эти ученые предложили отказаться от метафизического представления о непрерывности явлений природы, в том число и энергетических процессов. Старому тезису классической физики природа не делает скачков они противопоставили антитезис, согласно которому энергия, несомая светом, может изменяться (поглощаться либо излучаться) не непрерывным потоком, а определенными порциями — квантами. Тем самым представления о дискретном (зернистом) строении вещества были распространены на энергетические процессы. [c.153]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология